KR102543096B1 - Analysis method and apparatus for optimizing vibration performance of automotive body - Google Patents

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Abstract

차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법은, 진동 해석을 행하여 차체의 일부의 최대 변위를 구하는 진동 해석 스텝 S1과, 최대 변위와 동일한 변위를 부여하는 하중을 구하는 최대 변위 하중 취득 스텝 S3과, 구한 하중을 부여하여 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 감도 해석 스텝 S5와, 특정한 부품 또는 부재에 대하여 설계 공간을 설정하는 설계 공간 설정 스텝 S7과, 설정한 설계 공간에 최적화 블록 모델을 생성하는 최적화 블록 모델 생성 스텝 S9와, 최적화 블록 모델을 차체에 결합하여 최적화 해석 모델을 생성하는 결합 처리 스텝 S11과, 최대 변위 하중 취득 스텝 S3에서 구한 하중을 하중 조건으로 하고, 진동에 의한 관성력을 고려하여 최적화 해석을 행하고, 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 최적화 해석 스텝 S13을 구비한 것이다.The method for optimizing the vibration characteristics of a car body is a vibration analysis step S1 in which vibration analysis is performed to obtain the maximum displacement of a part of the car body, a maximum displacement load acquisition step S3 in which a load giving the same displacement as the maximum displacement is obtained, and the obtained load Sensitivity analysis step S5 for specifying the target part or member to be optimized, design space setting step S7 for setting a design space for a specific part or member, and optimization block for generating an optimization block model in the set design space. Optimization analysis considering the inertial force due to vibration with the load obtained in the model creation step S9, the combination processing step S11 generating an optimization analysis model by combining the optimization block model with the vehicle body, and the maximum displacement load acquisition step S3 as a load condition. and an optimization analysis step S13 for obtaining the optimum shape of the optimization block model.

Description

차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치{ANALYSIS METHOD AND APPARATUS FOR OPTIMIZING VIBRATION PERFORMANCE OF AUTOMOTIVE BODY}Apparatus and method for optimizing vibration characteristics of a car body

본 발명은, 자동차의 차체(automotive body)의 일부의 진동 특성(vibration performance)을 적정화하고, 당해 차체의 일부의 동적 강성(dynamic stiffness)을 향상함과 함께 경량화(weight reduction of automotive body)를 달성하는 최적의 형상을 구하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명에 있어서 형상 최적화란, 미리 소정의 형상, 예를 들면 T자 형상을 상정하고, 그 소정의 형상을 전제로 하여 최적인 형상을 구하는 것이 아니라, 소정의 형상을 상정하는 일 없이, 해석 조건을 충족하는 최적인 형상과 배치를 구하는 것을 의미한다.The present invention optimizes the vibration performance of a part of an automotive body, improves the dynamic stiffness of a part of the automobile body, and achieves weight reduction of the automotive body. It relates to a method and apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body for obtaining an optimal shape for In the present invention, shape optimization does not assume a predetermined shape, for example, a T-shape, and obtains an optimal shape on the premise of the predetermined shape, but without assuming a predetermined shape, It means finding the optimal shape and arrangement that satisfies the analysis conditions.

구조체의 강성의 지표에는 정적 강성(static stiffness)과 동적 강성이 있다. 구조체의 정적 강성은, 훅의 법칙에 따라, 구조체의 질량(mass)과는 관계 없이 스프링 정수(spring constant)가 증가하면 향상한다. 이에 대하여, 구조체의 동적 강성은, 가진점(excitation point)으로부터의 하중(load)의 입력에 의해 구조체의 형상이 주기적으로 변화하는 경우에 있어서는, 그의 진동 특성이 관계된다고 되어 있다. 예를 들면 도 20에 나타내는 바와 같은 1자유도(degrees of freedom)계의 진동인 경우에 있어서의 동적 강성은, 강성(stiffness) K(다자유도계의 진동인 경우는 강성 매트릭스에 상당)와 질량 M을 이용하여 ω＝(K/M)0.5로 나타나는 진동수(frequency)에 의해 평가되고, 강성 K를 향상함으로써 진동수 ω가 증가하면, 동적 강성은 향상한다고 한다.Indices of structural stiffness include static stiffness and dynamic stiffness. The static stiffness of a structure improves as the spring constant increases, regardless of the mass of the structure, according to Hooke's law. On the other hand, it is said that the dynamic rigidity of a structure is related to its vibration characteristics in the case where the shape of the structure periodically changes due to input of a load from an excitation point. For example, as shown in FIG. 20, the dynamic stiffness in the case of vibration of one degree of freedom is the stiffness K (corresponding to the stiffness matrix in the case of vibration of multiple degrees of freedom) and the mass M It is evaluated by the frequency represented by ω=(K/M) 0.5 using ω = (K/M), and it is said that when the frequency ω increases by improving the stiffness K, the dynamic stiffness improves.

그러나, 구조체의 강성 K가 증가해도 질량 M이 증가하면 진동수 ω가 증가하지 않는 경우도 있어, 이러한 경우에는 동적 강성은 향상하지 않게 된다. 그 때문에, 동적 강성을 향상하기 위해서는, 구조체를 경량화하여 강성을 향상하는 것이 유효하지만, 일반적으로, 질량 M이 증가하면 강성 K도 증가하기 때문에, 강성을 증가시키는 것과 경량화(질량 M의 저감)는 상반되기 때문에, 쌍방을 동시에 달성하는 것은 매우 어렵다. 그렇기 때문에, 구조체의 진동 특성을 적정화하고 동적 강성을 향상하려면 시행 착오적인 대응이 많았다.However, there are cases in which the frequency ω does not increase when the mass M increases even when the rigidity K of the structure increases. In this case, the dynamic stiffness does not improve. Therefore, in order to improve the dynamic rigidity, it is effective to reduce the weight of the structure and improve the rigidity. In general, as the mass M increases, the rigidity K also increases, so increasing the rigidity and reducing the weight (reducing the mass M) are Because they are contradictory, it is very difficult to achieve both at the same time. Therefore, in order to optimize the vibration characteristics of the structure and improve the dynamic stiffness, there were many trials and errors.

최근, 특히 자동차 산업에 있어서는 환경 문제에 기인한 차체의 경량화가 진행되고 있고, 차체의 설계에 컴퓨터 지원 공학(computer aided engineering)에 의한 해석(이하, 「CAE 해석」이라고 함)은 빠뜨릴 수 없는 기술이 되어 있다. 이 CAE 해석에서는 수리 최적화(mathematical optimization), 판두께 최적화(thickness optimization), 형상 최적화(shape optimization), 토폴로지 최적화(topology optimization) 등의 최적화 기술을 이용함으로써 강성의 향상이나 경량화가 도모되는 것이 알려져 있고, 예를 들면 엔진 블록 등의 주물의 구조 최적화(structure optimization)에 자주 이용되고 있다.In recent years, especially in the automobile industry, weight reduction of car bodies has been progressing due to environmental problems, and analysis by computer aided engineering (hereinafter referred to as "CAE analysis") is an indispensable technology for car body design. has become In this CAE analysis, it is known that improvement in rigidity and weight reduction are achieved by using optimization technologies such as mathematical optimization, thickness optimization, shape optimization, and topology optimization. , For example, it is often used for structure optimization of castings such as engine blocks.

최적화 기술 중에서, 특히 토폴로지 최적화가 주목되고 있다. 토폴로지 최적화는 어느 정도의 크기의 설계 공간을 형성하여, 당해 설계 공간에 입체 요소(three-dimensional element)를 조입하고, 주어진 조건을 충족하고 또한 필요 최소한의 입체 요소의 부분을 남김으로써 당해 조건을 충족하는 최적 형상으로 한다는 방법이다. 그 때문에, 토폴로지 최적화는, 설계 공간을 이루는 입체 요소에 직접 구속(constraint)을 행하여, 직접 하중을 가한다는 방법이 이용된다. 이러한 토폴로지 최적화에 관한 기술로서, 복잡한 구조체의 컴포넌트의 토폴로지 최적화를 위한 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다.Among the optimization techniques, topology optimization is attracting attention in particular. Topology optimization forms a design space of a certain size, inserts a three-dimensional element into the design space, satisfies a given condition, and leaves a minimum necessary part of the three-dimensional element to satisfy the condition. It is a method of making the optimal shape to do. For this reason, topology optimization uses a method of directly applying a load by directly applying constraints to three-dimensional elements constituting the design space. As a technology related to such topology optimization, Patent Document 1 discloses a method for topology optimization of components of a complex structure.

일본공개특허공보 2010-250818호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-250818

자동차의 차체의 일부(예를 들면, 차체 부품(automotive-body parts))에 있어서의 진동 현상은, 진동수가 약 30㎐까지는 체감되기 때문에, 운전자나 탑승자에게 불쾌감을 주고, 안전 운전에도 지장을 초래한다. 그래서, 이 이상의 진동수로 하기 위해서는, 차체의 일부의 동적 강성을 향상할 필요가 있다. 그리고, 가진점에 외력(external force)을 받아 진동하고 있는 차체의 진동수는, 전술한 바와 같이, 차체의 정적인 강성과 질량으로 나타나고, 예를 들면, 차체의 판두께(thickness)를 늘리고, 차체의 정적 강성을 향상시켜도, 차체 부품의 질량이 증가하기 때문에, 진동수가 높은 영역으로 천이하지 않기 때문에, 차체 부품의 동적 강성을 향상시킬 수는 없다. 또한, 차체 부품에 있어서는, 자동차에 있어서 진동을 발하는 것(예를 들면, 엔진 등)의 진동과 공진(resonance)하지 않는 바와 같은 진동 특성으로 하는 것이 요망되는 경우도 있다.Vibration phenomena in parts of the car body (for example, automotive-body parts) cause discomfort to the driver and passengers and interfere with safe driving because the vibration frequency is felt up to about 30 Hz. do. Therefore, in order to achieve a frequency higher than this, it is necessary to improve the dynamic rigidity of a part of the vehicle body. And, as described above, the vibration frequency of the vehicle body vibrating by receiving an external force at the excitation point is represented by the static stiffness and mass of the vehicle body, for example, by increasing the thickness of the vehicle body, Even if the static rigidity of the body part is improved, the dynamic rigidity of the body part cannot be improved because the mass of the body part increases and the frequency does not shift to a high frequency region. Further, in vehicle body parts, there are cases where it is desired to have vibration characteristics that do not resonate with the vibrations of things (for example, engines) that generate vibrations in automobiles.

지금까지, 정적 강성이 높고 가능한 한 경량인 구조를 갖는 차체를 최적화 해석에 의해 설계하는 기술이 이용되고 있었지만, 차체의 일부의 동적인 진동 현상은 차체가 주기적으로 변화하는 것이기 때문에, 동적인 진동 현상을 고려하여 차체의 일부의 진동 특성을 적정화할 수 있는 해석 기술이 요망되고 있었다.Until now, a technique for designing a vehicle body having a structure with high static rigidity and as light weight as possible has been used by optimization analysis, but since the dynamic vibration phenomenon of a part of the vehicle body changes periodically, the dynamic vibration phenomenon In consideration of this, an analysis technique capable of optimizing the vibration characteristics of a part of the vehicle body has been desired.

특허문헌 1에 개시되어 있는 기술은, 수학 연산상의 수법 및 해석의 물리적 시스템에 관한 것으로서, 상기와 같은 과제에 대해서는 하등 해결 수단을 부여하는 것은 아니다. 그 때문에, 상기 과제를 해결하기 위한 기술의 개발이 요망되고 있었다.The technology disclosed in Patent Literature 1 relates to a method of mathematical operation and a physical system of analysis, and does not provide any solution to the above problems. Therefore, development of a technique for solving the above problems has been desired.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하고, 당해 차체의 일부의 동적 강성의 향상과 경량화를 달성하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to optimize the vibration characteristics of a part of a car body, thereby improving the dynamic rigidity and reducing the weight of the part of the car body. is to provide

전술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법은, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하기 위해, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법으로서, 상기 차체의 일부에 소정의 가진 조건(excitation condition)을 부여하여 진동 해석을 행하고, 당해 차체의 일부의 진동의 최대 변위(maximum displacement)를 구하는 진동 해석 스텝과, 구한 상기 최대 변위와 동일한 변위를 상기 차체의 일부에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 최대 변위 하중 취득 스텝과, 상기 차체의 일부를 지지하는 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 설계 공간 설정 스텝과, 설정한 상기 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 최적화 블록 모델 생성 스텝과, 생성한 상기 최적화 블록 모델을 상기 차체에 결합하고, 최적화 해석 모델을 생성하는 결합 처리 스텝과, 상기 최대 변위 하중 취득 스텝에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 진동에 의해 상기 차체의 일부에 생기는 관성력(inertia force)을 고려하여 상기 최적화 블록 모델에 대해서 최적화 해석을 행하고, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 최적화 해석 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention is a vehicle body vibration characteristic in which a computer performs each of the following steps in order to optimize the vibration characteristics of a part of a vehicle body. A vibration analysis step of performing vibration analysis by applying a predetermined excitation condition to a part of the car body and obtaining a maximum displacement of the vibration of the part of the car body; A maximum displacement load acquisition step for obtaining a load required to apply a displacement equal to the displacement to a part of the car body, and a design space for setting a design space with a part or member supporting the part of the car body as an object of optimization A setting step, an optimization block model generation step of generating an optimization block model composed of three-dimensional elements in the set design space, and a combination processing step of combining the generated optimization block model with the vehicle body and generating an optimization analysis model. And, the load obtained in the maximum displacement load acquisition step is given as a load condition, optimization analysis is performed on the optimization block model in consideration of an inertia force generated in a part of the vehicle body due to vibration, and the optimization block model It is characterized by having an optimization analysis step for obtaining the optimal shape of .

또한, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 최적화 블록 모델 생성 스텝은, 상기 최적화 블록 모델의 질량이 최적화의 대상으로 하는 상기 부품 또는 부재의 질량과 동일해지도록, 당해 최적화 블록 모델의 비중을 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the method for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention, in the above-mentioned invention, in the optimization block model generation step, the mass of the optimization block model is equal to the mass of the part or member to be optimized. It is characterized in that the proportion of the optimization block model is set so as to be solved.

또한, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 최대 변위 하중 취득 스텝에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하여 상기 차체의 감도 해석(sensitivity analysis)을 행하고, 상기 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 감도 해석 스텝을 구비하고, 상기 설계 공간 설정 스텝은, 상기 감도 해석 스텝에서 특정한 상기 부품 또는 부재에 대하여 설계 공간을 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the method for optimizing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention, in the above-mentioned invention, a sensitivity analysis of the vehicle body is performed by applying the load obtained in the maximum displacement load acquisition step as a load condition, A sensitivity analysis step for specifying a component or member to be optimized is provided, and the design space setting step is characterized by setting a design space for the component or member specified in the sensitivity analysis step.

또한, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치는, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치로서, 상기 차체의 일부에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 당해 차체의 일부의 최대 변위를 구하는 진동 해석부와, 구한 상기 최대 변위와 동일한 변위를 상기 차체의 일부에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 최대 변위 하중 취득부와, 상기 차체의 일부를 지지하는 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 설계 공간 설정부와, 설정한 상기 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 최적화 블록 모델 생성부와, 생성한 상기 최적화 블록 모델을 상기 차체에 결합하고, 최적화 해석 모델을 생성하는 결합 처리부와, 상기 최대 변위 하중 취득부에 의해 구해진 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 진동에 의해 상기 차체의 일부에 생기는 관성력을 고려하여 상기 최적화 블록 모델에 대해서 최적화 해석을 행하고, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 최적화 해석부를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, an apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a car body according to the present invention is an apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a part of a car body that optimizes vibration characteristics of a part of a car body, and performs vibration analysis by applying predetermined conditions to the part of the car body. a vibration analysis unit which obtains a maximum displacement of a part of the car body, a maximum displacement load acquisition unit which obtains a load required to impart a displacement equal to the obtained maximum displacement to the part of the car body, and a part of the car body A design space setting unit for setting a design space for a part or member supporting the optimization, an optimization block model generation unit for generating an optimization block model composed of three-dimensional elements in the set design space, and the generated above A load obtained by a combination processing unit that combines an optimization block model with the vehicle body and generates an optimization analysis model and the maximum displacement load acquisition unit is given as a load condition, and the inertial force generated in a part of the vehicle body due to vibration is considered. It is characterized by comprising an optimization analysis unit that performs optimization analysis on the optimization block model and obtains an optimal shape of the optimization block model.

또한, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치는, 상기의 발명에 있어서, 상기 최적화 블록 모델 생성부는, 상기 최적화 블록 모델의 질량이 최적화의 대상으로 하는 상기 부품 또는 부재의 질량과 동일해지도록, 당해 최적화 블록 모델의 비중을 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.In the apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention, in the above-described invention, the optimization block model generation unit determines that the mass of the optimization block model is equal to the mass of the part or member to be optimized. It is characterized in that the proportion of the optimization block model is set so as to be

또한, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치는, 상기의 발명에 있어서, 상기 최대 변위 하중 취득부에 의해 구해진 하중을 하중 조건으로서 부여하여 상기 차체의 감도 해석을 행하고, 상기 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 감도 해석부를 구비하고, 상기 설계 공간 설정부는, 상기 감도 해석부에 의해 특정된 상기 부품 또는 부재에 대하여 설계 공간을 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the above-described invention, the apparatus for optimizing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention assigns the load obtained by the maximum displacement load acquisition unit as a load condition, performs sensitivity analysis of the vehicle body, and performs the optimization target. A sensitivity analysis unit for specifying a component or member to be specified is provided, and the design space setting unit sets a design space for the component or member specified by the sensitivity analysis unit.

본 발명에 있어서는, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하기 위해, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하는 것으로서, 상기 차체의 일부에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 당해 차체의 일부의 진동의 최대 변위를 구하는 진동 해석 스텝과, 당해 구한 최대 변위와 동일한 변위를 상기 차체의 일부에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 최대 변위 하중 취득 스텝과, 상기 차체의 일부를 지지하는 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 설계 공간 설정 스텝과, 당해 설정한 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 최적화 블록 모델 생성 스텝과, 당해 생성한 최적화 블록 모델을 상기 차체에 결합하고, 최적화 해석 모델을 생성하는 결합 처리 스텝과, 상기 최대 변위 하중 취득 스텝에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 진동에 의해 상기 차체의 일부에 생기는 관성력을 고려하여 상기 최적화 블록 모델에 대해서 최적화 해석을 행하고, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 최적화 해석 스텝을 구비함으로써, 상기 차체의 일부를 지지하는 부품 또는 부재의 최적인 형상을 구할 수 있어, 상기 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하여, 당해 차체의 일부의 동적 강성의 향상과 경량화에 이바지하는 것이 가능해진다.In the present invention, in order to optimize the vibration characteristics of a part of the car body, the computer performs each of the following steps, and a vibration analysis is performed by applying a predetermined excitation condition to the part of the car body, and the vibration of the part of the car body A vibration analysis step for obtaining a maximum displacement, a maximum displacement load acquisition step for obtaining a load required to apply a displacement equal to the obtained maximum displacement to a part of the car body, and a part or member supporting the part of the car body. A design space setting step for setting a design space as an object of optimization, an optimization block model generation step for generating an optimization block model composed of three-dimensional elements in the set design space, and the generated optimization block model is applied to the vehicle body The optimization block model is optimized by considering the inertial force generated in a part of the vehicle body due to vibration by applying the load obtained in the combining process step of combining and generating an optimization analysis model and the maximum displacement load acquisition step as a load condition. By providing an optimization analysis step for performing analysis and obtaining an optimal shape of the optimized block model, it is possible to obtain an optimal shape of a part or member supporting a part of the car body, thereby optimizing the vibration characteristics of the part of the car body. , it becomes possible to contribute to the improvement of dynamic rigidity and weight reduction of a part of the vehicle body.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치의 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 진동 특성의 적정화의 대상으로 하는 차체의 일부인 스티어링 핸들(steering wheel)과, 스티어링 핸들을 지지하는 부품 또는 부재를 설명하는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 스티어링 핸들을 지지하는 브래킷(bracket)의 원(元)형상을 나타내는 도면이다.
도 4는, 스티어링 핸들의 주파수 응답 해석(frequency response analysis)에 의해 구해진 주파수 응답의 결과의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본 실시 형태에 있어서, 진동 해석에 있어서의 가진 조건과, 당해 진동 해석의 해석 결과에 기초하여 구한 하중 조건을 설명하는 도면이다.
도 6은, 본 실시 형태에 있어서, 감도 해석에 의해 구한 부품의 감도를 나타내는 재료 밀도(element densities)의 컨투어도(distribution map)이다.
도 7은, 본 실시 형태에 있어서, 최적화의 대상으로 하는 브래킷의 원형상과, 당해 브래킷에 대해서 설정한 설계 공간의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 실시 형태에 있어서, 최적화의 대상으로 하는 스테이부(stay section)와 접속부의 쌍방에 대해서 설계 공간을 설정한 경우의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 실시 형태에 있어서, 최적화 해석에 의해 구해진 최적화 블록 모델의 최적 형상과, 당해 브래킷의 최적 형상에 기초하여 설정한 최적화 형상 부품의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법의 플로우 차트도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 스티어링 핸들의 최대 변위를 나타내는 결과이다(Y 가진).
도 12는, 본 발명의 실시예에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 스티어링 핸들의 최대 변위를 나타내는 결과이다(Z 가진).
도 13은, 본 발명의 실시예에 있어서, 최적화 해석의 대상으로 한 접속부와, 당해 접속부에 대해서 설정한 설계 공간을 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 실시예에 있어서, 접속부를 최적화의 대상으로서 구한 최적화 블록 모델의 최적 형상과, 당해 접속부의 최적 형상에 기초하여 설정한 최적화 형상 부품을 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 실시예에 있어서, 스티어링 핸들의 주파수 응답 해석에 있어서 구해진 주파수 응답의 해석 결과를 나타내는 그래프이다(Y 가진).
도 16은, 본 발명의 실시예에 있어서, 스티어링 핸들의 주파수 응답 해석에 있어서 구해진 주파수 응답의 해석 결과를 나타내는 그래프이다(Z 가진).
도 17은, 본 발명의 실시예에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 주파수 응답에 있어서의 피크 주파수를 나타내는 그래프이다(Y 가진).
도 18은, 본 발명의 실시예에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 주파수 응답에 있어서의 피크 주파수를 나타내는 그래프이다(Z 가진).
도 19는, 본 발명의 비교 대상으로서, 판두께를 증가한 부품 및 부재와 그의 판두께 증가량을 나타내는 도면이다.
도 20은, 구조체의 정적 강성과 동적 강성을 설명하는 도면이다.1 is a block diagram of an apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a steering wheel, which is a part of a vehicle body to be optimized for vibration characteristics, and a part or member supporting the steering wheel in an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a circular shape of a bracket supporting a steering handle in an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an example of a result of a frequency response obtained by frequency response analysis of a steering wheel.
5 : is a figure explaining the excitation condition in vibration analysis and the load condition calculated|required based on the analysis result of the said vibration analysis in this embodiment.
6 is a contour diagram (distribution map) of material densities (element densities) showing the sensitivity of components obtained by sensitivity analysis in the present embodiment.
7 is a diagram showing an example of a circular shape of a bracket to be optimized and a design space set for the bracket in the present embodiment.
Fig. 8 is a diagram showing an example of a case in which a design space is set for both a stay section and a connection section, which are targets of optimization, in the present embodiment.
9 is a diagram showing an example of an optimized shape part set based on the optimum shape of the optimized block model obtained by optimization analysis and the optimum shape of the bracket in the present embodiment.
10 is a flowchart of a method for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to an embodiment of the present invention.
11 is a result showing the maximum displacement of the steering handle obtained by frequency response analysis in an embodiment of the present invention (Y excitation).
12 is a result showing the maximum displacement of the steering handle obtained by frequency response analysis in an embodiment of the present invention (Z excitation).
Fig. 13 is a diagram showing a connection part as an object of optimization analysis and a design space set for the connection part in an embodiment of the present invention.
Fig. 14 is a diagram showing an optimal shape of an optimized block model obtained as an object of optimization for a connection part and an optimized shape part set based on the optimal shape of the connection part in an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing the analysis result of the frequency response obtained in the frequency response analysis of the steering wheel in the embodiment of the present invention (Y excitation).
16 is a graph showing the analysis result of the frequency response obtained in the frequency response analysis of the steering wheel in the embodiment of the present invention (Z excitation).
17 is a graph showing the peak frequency in the frequency response obtained by frequency response analysis in an embodiment of the present invention (Y excitation).
18 is a graph showing the peak frequency in the frequency response obtained by frequency response analysis in an embodiment of the present invention (Z excitation).
Fig. 19 is a diagram showing components and members having increased plate thickness and the amount of increase in the plate thickness thereof, as comparison objects of the present invention.
20 is a diagram explaining the static stiffness and dynamic stiffness of a structure.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for implementing the invention)

본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치에 대해서 설명함에 앞서, 본 실시 형태에서 대상으로 하는 차체에 대해서 설명한다.Prior to describing the method and apparatus for optimizing vibration characteristics of a vehicle body according to an embodiment of the present invention, a vehicle body targeted in the present embodiment will be described.

<차체> <car body>

본 실시 형태에 따른 차체(41)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, A 필러(pillar)(43), 대시보드(dashboard)(45) 및 차체 플로어(floor)의 터널부(tunnel portion)(47) 등의 차체 골격 부품과, 진동 특성의 적정화의 대상으로 하는 차체(41)의 일부인 스티어링 핸들(49)과, 스티어링 핸들(49)을 지지하는 부품 또는 부재인 스티어링 빔(51), 브래킷(53), 접속부(55) 및 스테이부(57)를 포함하여 구성된 것이다.As shown in FIG. 2 , the vehicle body 41 according to the present embodiment includes an A pillar 43, a dashboard 45, and a tunnel portion 47 of the vehicle body floor. ) and the like, a steering handle 49 as a part of the body 41 to be optimized for vibration characteristics, a steering beam 51 as parts or members supporting the steering handle 49, and a bracket 53 ), it is configured to include a connection portion 55 and a stay portion (57).

스티어링 핸들(49)은, 가진되어 진동하는 부품으로서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스티어링 핸들(49)의 스티어링면(스티어링 핸들(49)의 회전 중심축에 직교하는 면)에 있어서의 좌우 방향(도 2 중의 Y축 방향)과 상하 방향(도 2 중의 Z축 방향)으로 진동하는 것이다.The steering handle 49 is a part that is excited and vibrates, and in the present embodiment, as shown in FIG. 2 , the steering surface of the steering handle 49 (the surface orthogonal to the central axis of rotation of the steering handle 49) It vibrates in the left-right direction (Y-axis direction in Fig. 2) and in the vertical direction (Z-axis direction in Fig. 2).

스티어링 핸들(49)을 지지하는 부품 또는 부재란, 스티어링 핸들(49)을 직접적 또는 간접적으로 지지하는 것으로서, 스티어링 핸들(49)을 가진했을 때에 그 진동이 전달되는 경로에 있는 것이다.A part or member supporting the steering handle 49 directly or indirectly supports the steering handle 49, and is on a path through which vibration is transmitted when the steering handle 49 is excited.

스티어링 빔(51)은, 양단이 차체(41)의 A 필러(43)에 고정되어 있는 것이다. 브래킷(53)은, 일단측이 차체의 대시보드(45)에 고정되고, 타단측이 스티어링 빔(51)에 접속되어 있다(도 3 참조). 접속부(55)는, 스티어링 빔(51)의 양단과 A 필러(43)를 접속하여 고정하는 것이다. 스테이부(57)는, 하단이 차체 플로어의 터널부(47)에 접속하여 고정되고, 상단측이 스티어링 빔(51)에 접속되어 있다.Both ends of the steering beam 51 are fixed to the A-pillar 43 of the vehicle body 41 . The bracket 53 has one end side fixed to the dashboard 45 of the vehicle body and the other end side connected to the steering beam 51 (see Fig. 3). The connecting portion 55 connects and fixes both ends of the steering beam 51 and the A-pillar 43 . The stay portion 57 has its lower end connected to and fixed to the tunnel portion 47 of the vehicle body floor, and its upper end connected to the steering beam 51.

또한, 상기의 각 부품 또는 부재는, 평면 요소 및/또는 입체 요소를 이용하여 모델화되어 있고, 모델화한 요소 정보 등은, 후술하는 차체 모델 파일(31)(도 1 참조)에 기억해 두어도 좋다.In addition, each of the above parts or members is modeled using planar elements and/or three-dimensional elements, and modeled element information may be stored in a vehicle body model file 31 (see Fig. 1) described later.

<차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치> <Apparatus for Optimization and Analysis of Vibration Characteristics of Vehicle Body>

본 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치(이하, 「진동 특성 적정화 해석 장치」라고 함)의 구성에 대해서, 이하에 설명한다.The configuration of the vibration characteristic optimization analysis apparatus (hereinafter referred to as "vibration characteristic optimization analysis apparatus") according to the present embodiment will be described below.

본 실시 형태에 따른 진동 특성 적정화 해석 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, PC(퍼스널 컴퓨터) 등에 의해 구성되고, 표시 장치(display device)(3), 입력 장치(input device)(5), 기억 장치(memory storage)(7), 작업용 데이터 메모리(working data memory)(9) 및 연산 처리부(arithmetic processing unit)(11)를 갖고 있다. 그리고, 표시 장치(3), 입력 장치(5), 기억 장치(7) 및 작업용 데이터 메모리(9)는, 연산 처리부(11)에 접속되어, 연산 처리부(11)로부터의 지령에 의해 각각의 기능이 실행된다.As shown in FIG. 1 , the vibration characteristic optimization analysis apparatus 1 according to the present embodiment is configured by a personal computer (PC) or the like, and includes a display device 3 and an input device 5 ), a memory storage 7, a working data memory 9, and an arithmetic processing unit 11. Then, the display device 3, the input device 5, the storage device 7, and the work data memory 9 are connected to the arithmetic processing unit 11, and each function according to a command from the arithmetic processing unit 11. this is executed

이하, 도 2에 나타내는 차체(41)를 대상으로 하고, 차체의 일부로서 진동 특성의 적정화의 대상으로 하는 스티어링 핸들(49)과, 스티어링 핸들(49)의 진동이 전달되는 경로에 있는 부품인 브래킷(53)의 형상의 최적화를 행한 경우에 대해서, 본 실시 형태에 따른 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 각 구성에 대해서 설명한다.Hereinafter, the vehicle body 41 shown in FIG. 2 is used as a target, and as a part of the vehicle body, a steering handle 49 for which vibration characteristics are to be optimized, and a bracket that is a component on a path through which vibration of the steering wheel 49 is transmitted. For the case where the shape of (53) is optimized, each configuration of the vibration characteristic optimization analysis device 1 according to the present embodiment will be described.

≪표시 장치≫≪Display device≫

표시 장치(3)는, 해석 결과의 표시 등에 이용되고, 액정 모니터 등으로 구성된다.The display device 3 is used for display of analysis results or the like and is constituted by a liquid crystal monitor or the like.

≪입력 장치≫≪Input device≫

입력 장치(5)는, 차체 모델 파일(31)의 표시 지시나 조작자의 조건 입력 등에 이용되고, 키보드나 마우스 등으로 구성된다.The input device 5 is used for display instructions of the vehicle body model file 31 and condition input by an operator, and is composed of a keyboard, mouse, or the like.

≪기억 장치≫≪Memory Device≫

기억 장치(7)는, 차체 모델 파일(31) 등의 각종 파일의 기억 등에 이용되고, 하드 디스크 등으로 구성된다.The storage device 7 is used for storage of various files such as the vehicle body model file 31 and is constituted by a hard disk or the like.

≪작업용 데이터 메모리≫≪Data memory for work≫

작업용 데이터 메모리(9)는, 연산 처리부(11)에서 사용하는 데이터의 일시 보존이나 연산에 이용되고, RAM(Random Access Memory) 등으로 구성된다.The work data memory 9 is used for temporary storage and calculation of data used in the calculation processing unit 11, and is composed of RAM (Random Access Memory) or the like.

≪연산 처리부≫≪Calculation Processing Unit≫

연산 처리부(11)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 진동 해석부(vibration analysis unit)(13)와, 최대 변위 하중 취득부(maximum displacement and load acquisition unit)(15)와, 감도 해석부(sensitivity analysis unit)(17)와, 설계 공간 설정부(design space setting unit)(19)와, 최적화 블록 모델 생성부(optimization block model generating unit)(21)와, 결합 처리부(combining processing unit)(23)와, 최적화 해석부(optimization analysis unit)(25)를 갖고, PC 등의 CPU(중앙 연산 처리 장치)에 의해 구성된다. 이들 각 부는, CPU가 소정의 프로그램을 실행함으로써 기능한다. 연산 처리부(11)에 있어서의 상기의 각 부의 기능을 이하에 설명한다.As shown in FIG. 1 , the arithmetic processing unit 11 includes a vibration analysis unit 13, a maximum displacement and load acquisition unit 15, and a sensitivity analysis unit 15. analysis unit 17, design space setting unit 19, optimization block model generating unit 21, combining processing unit 23 and an optimization analysis unit 25, and constituted by a CPU (central processing unit) such as a PC. Each of these units functions when the CPU executes a predetermined program. Functions of each of the above units in the arithmetic processing unit 11 will be described below.

(진동 해석부)(Vibration analysis part)

진동 해석부(13)는, 차체(41)에 있어서의 스티어링 핸들(49)에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 스티어링 핸들(49)의 최대 변위를 구하는 것이다.The vibration analysis unit 13 applies a predetermined excitation condition to the steering handle 49 of the vehicle body 41, performs vibration analysis, and obtains the maximum displacement of the steering handle 49.

본 실시 형태에 있어서, 진동 해석부(13)는, 진동 해석의 일 수법인 주파수 응답 해석을 이용한다. 주파수 응답 해석이란, 구조체에 정상적으로 정현파 하중(sine-wave load)이 작용한 경우의 응답을 구하는 것이다.In this embodiment, the vibration analysis unit 13 uses frequency response analysis, which is one method of vibration analysis. Frequency response analysis is to obtain a response when a sine-wave load normally acts on a structure.

본 실시 형태에 있어서의 주파수 응답 해석에 있어서, 스티어링 핸들(49)에 부여하는 가진 조건으로서, 복수의 정현파 주파수와 각 정현파 주파수에 있어서의 하중 진폭(load amplitude)을 부여한다. 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스티어링 핸들(49)을 Y 방향과 Z 방향의 각각으로 진동시키도록 가진 조건(Y 가진 및, Z 가진)을 부여했다.In the frequency response analysis in this embodiment, a plurality of sine wave frequencies and a load amplitude at each sine wave frequency are given as excitation conditions given to the steering handle 49 . In this embodiment, as shown in FIG. 2 , excitation conditions (Y excitation and Z excitation) are applied so as to vibrate the steering wheel 49 in the Y direction and the Z direction, respectively.

도 4에, 주파수 응답 해석의 결과의 일 예를 나타낸다. 도 4에 있어서, 횡축은, 진동의 주파수, 종축은, 각 주파수의 가속도 진폭(acceleration amplitude)이다. 이와 같이, 주파수 응답 해석의 결과로부터, 각 주파수의 정현파의 변위를 함께 더하여 스티어링 핸들(49)의 변위의 시간 응답을 구하여, 당해 구한 시간 응답에 있어서의 최대 변위를 구할 수 있다.4 shows an example of the result of the frequency response analysis. In Fig. 4, the horizontal axis represents the vibration frequency, and the vertical axis represents the acceleration amplitude of each frequency. In this way, the time response of the displacement of the steering handle 49 is obtained by adding together the displacements of the sine waves of each frequency from the result of the frequency response analysis, and the maximum displacement in the obtained time response can be obtained.

(최대 변위 하중 취득부)(Maximum displacement load acquisition unit)

최대 변위 하중 취득부(15)는, 진동 해석부(13)가 구한 스티어링 핸들(49)의 최대 변위와 동일한 변위를 스티어링 핸들(49)에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 것이다.The maximum displacement load acquisition unit 15 obtains a load required to give the steering handle 49 the same displacement as the maximum displacement of the steering handle 49 obtained by the vibration analysis unit 13 .

본 실시 형태에서는, Y 가진과 Z 가진의 각각에 대해서 주파수 응답 해석을 행하여, Y 방향 및 Z 방향 각각의 최대 변위를 취득하고, 도 5에 나타내는 바와 같이, Y 가진과 Z 가진 각각에 대한 하중(Y 하중 및 Z 하중)을 구한다.In the present embodiment, frequency response analysis is performed for each of Y excitation and Z excitation to obtain the maximum displacement in each of the Y and Z directions, and as shown in FIG. 5, the load for each of Y excitation and Z excitation ( Y load and Z load) are obtained.

최대 변위 하중 취득부(15)는, 예를 들면, 스티어링 핸들(49)에 부여하는 하중을 변화시켜 관성 릴리프법(inertia relief method)을 이용한 질량을 고려하는 정해석(靜解析)(static analysis)을 행하고, 진동 해석부(13)가 구한 최대 변위와 동일한 변위가 되는 하중을 시행 착오적으로 구하는 것이어도 좋다.The maximum displacement load acquisition unit 15 changes the load applied to the steering handle 49, for example, and performs static analysis in which mass is taken into account using an inertia relief method. It is also possible to obtain a load that becomes the same displacement as the maximum displacement obtained by the vibration analysis unit 13 by trial and error.

또한, 최대 변위 하중 취득부(15)는, 주파수 응답 해석에 의해 구한 스티어링 핸들(49)의 최대 변위와, 가진 방향으로 하중을 부하했을 때의 스티어링 핸들(49)의 변위를 일치시키기 위해, 하중을 부하했을 때의 스티어링 핸들(49)의 회전 자유도(rotational degree of freedom)를 적절히 수정해도 좋다.In addition, the maximum displacement load acquisition unit 15 matches the maximum displacement of the steering handle 49 obtained by frequency response analysis with the displacement of the steering handle 49 when a load is applied in the excitation direction. The rotational degree of freedom of the steering handle 49 when a load may be appropriately corrected.

또한, 하중으로서 스티어링 핸들(49)에 부여하는 Y 하중 및 Z 하중은, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 모두 일방향(Y 하중: 차체 폭 방향의 우향, Z 하중: 차체 상하 방향의 하향)으로 하고 있지만, 이는, 하중을 부여하는 방향을 반전시켜도, 후술하는 최적화 해석에 있어서 구해지는 변형 에너지(strain energy)나 응력(stress)의 절댓값에 차이는 생기지 않기 때문에, 최적화 해석의 결과에도 차이가 없기 때문이다.In addition, the Y load and the Z load applied to the steering handle 49 as loads are all in one direction (Y load: rightward in the vehicle body width direction, Z load: downward in the vehicle body vertical direction) as shown in FIG. 5(b). , but even if the direction of applying the load is reversed, no difference occurs in the absolute values of the strain energy and stress obtained in the optimization analysis described later, so there is no difference in the result of the optimization analysis. because there is no

(감도 해석부)(Sensitivity analysis part)

감도 해석부(17)는, 최대 변위 하중 취득부(15)가 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하여 차체(41)의 감도 해석(예를 들면, 이하의 공지의 참고 문헌 참조)을 행하고, 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 것이다.The sensitivity analysis unit 17 applies the load obtained by the maximum displacement load acquisition unit 15 as a load condition, performs sensitivity analysis of the vehicle body 41 (for example, see the known references below), and optimizes It is to specify the target part or member.

(참고 문헌) 타케자와 등, 일본 기계 학회 논문집(A편), 76권 761호(2010-1), p.1∼p.9.(References) Takezawa et al., Proceedings of the Japanese Society of Mechanical Engineers (Part A), Vol. 76, No. 761 (2010-1), p.1 to p.9.

감도 해석이란, 재료 특성(material property), 기하학 특성(geometric characteristics), 경계 조건(boundary condition) 등의 파라미터를 변경함으로써, 해석 대상으로 하는 구조체(structure)(예를 들면, 차체(41))의 구조적 응답(structural response)이 어떠한 영향을 받는지를 추정하는 것이다. 본 실시 형태에 있어서, 감도 해석부(17)는, 후술하는 최적화 해석부(25)에 의한 최적화 해석의 설계 변수(design variables)를 재료 특성에 따른 파라미터로 하고, 최적화 해석에 있어서의 목표 함수(objective function)의 감도를 구조적 응답에 대한 영향으로서 구하는 것으로 한다.Sensitivity analysis is the analysis of the structure (for example, the vehicle body 41) to be analyzed by changing parameters such as material properties, geometric characteristics, and boundary conditions. It is to estimate how the structural response is affected. In the present embodiment, the sensitivity analysis unit 17 sets the design variables of the optimization analysis by the optimization analysis unit 25 described later as parameters according to material characteristics, and the target function in the optimization analysis ( The sensitivity of the objective function) is determined as the effect on the structural response.

예를 들면, 최적화 해석부(25)에 의한 최적화 해석에 토폴로지 최적화를 적용하여, 당해 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법(density method)을 이용하는 경우, 설계 공간을 설정하지 않고, 차체의 부품 또는 부재를 모델화하는 요소(평면 요소(two-dimensional element) 및/또는 입체 요소)의 재료 밀도(element densities)를 설계 변수로 하고, 목표 함수인 차체(41)의 변형 에너지 총합의 최소화를 목적 조건으로서 토폴로지 최적화를 행함으로써, 요소의 재료 밀도가 구해진다. 이와 같이 하여 구해진 재료 밀도는, 차체(41)의 강성에 대한 감도를 나타내는 지표가 된다.For example, when topology optimization is applied to the optimization analysis by the optimization analysis unit 25 and a density method is used in the topology optimization, parts or members of the vehicle body are modeled without setting a design space. The material density (element densities) of the elements (two-dimensional element and / or three-dimensional element) as the design variable, and the target function, minimization of the total strain energy of the vehicle body 41 is the target condition. Topology optimization By doing so, the material density of the element is obtained. The material density obtained in this way serves as an index indicating the sensitivity to the rigidity of the vehicle body 41 .

도 6에, 스티어링 핸들(49)의 진동이 전달되는 경로에 있는 부품 또는 부재인 스티어링 빔(51), 브래킷(53), 접속부(55) 및 스테이부(57)에 대해서 감도 해석을 행한 결과의 일 예를 나타낸다. 도 6은, 감도 해석에 있어서 강성에 대한 감도를 나타내는 재료 밀도의 값을 컨투어도에 표시한 것으로서, 재료 밀도의 값이 1.0에 가까울수록, 성능에 대한 감도가 크고, 재료 밀도의 값이 0에 가까울수록, 성능에 대한 감도가 작은 것을 의미한다. 이에 따라, 브래킷(53)의 감도가 다른 부품 또는 부재에 비해 높기 때문에, 브래킷(53)을 최적화의 대상으로서 특정할 수 있다.6 shows the result of sensitivity analysis for the steering beam 51, the bracket 53, the connection part 55, and the stay part 57, which are parts or members on the path through which the vibration of the steering handle 49 is transmitted. represents an example. 6 shows the material density value representing the sensitivity to stiffness in the sensitivity analysis on the contour diagram. The closer the material density value is to 1.0, the greater the sensitivity to performance, and the material density value is 0. The closer it is, the smaller the sensitivity to performance. Accordingly, since the sensitivity of the bracket 53 is higher than that of other components or members, the bracket 53 can be specified as an object of optimization.

(설계 공간 설정부)(Design space setting part)

설계 공간 설정부(19)는, 감도 해석부(17)에 의해 특정된 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 것이다. 도 7에, 감도 해석부(17)에 의해 최적화의 대상으로서 특정된 브래킷(53)에 대하여 설계 공간(59)을 설정한 일 예를 나타낸다. 설계 공간(59)은, 원래의 브래킷(53)의 형상이나, 브래킷(53)의 주위에 있는 다른 부품과의 극간에 기초하여, 임의로 설정할 수 있다.The design space setting unit 19 sets the design space by using the parts or members specified by the sensitivity analysis unit 17 as targets of optimization. Fig. 7 shows an example in which a design space 59 is set for the bracket 53 specified as an object of optimization by the sensitivity analysis unit 17. The design space 59 can be arbitrarily set based on the original shape of the bracket 53 and the gap between the bracket 53 and other parts around it.

또한, 설계 공간 설정부(19)는, 감도 해석부(17)에 의해 특정된 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 것에 한정되지 않고, 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 임의로 특정하여, 설계 공간을 설정해도 좋다.In addition, the design space setting unit 19 is not limited to setting the design space by making the parts or members specified by the sensitivity analysis unit 17 the target of optimization, but arbitrarily sets the parts or members to be optimized. By specifying, a design space may be set.

또한, 설계 공간 설정부(19)는, 하나의 부품 또는 부재에 대해서만 설정하는 것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 접속부(55)와 스테이부(57)(도 2 참조)의 각각에 대해서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 설계 공간(63) 및 설계 공간(65)을 설정해도 좋다.In addition, the design space setting unit 19 is not limited to setting only one part or member. For example, the design space 63 and the design space 65 may be set for each of the connecting portion 55 and the stay portion 57 (see FIG. 2 ), as shown in FIG. 8 .

(최적화 블록 모델 생성부)(Optimization block model generation unit)

최적화 블록 모델 생성부(21)는, 설계 공간 설정부(19)에 의해 설정한 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 것이다. 도 7(b)에, 브래킷(53)에 대하여 설정한 설계 공간(59)에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델(61)을 생성한 예를 나타낸다.The optimization block model generation unit 21 generates an optimization block model composed of three-dimensional elements in the design space set by the design space setting unit 19. Fig. 7(b) shows an example in which an optimization block model 61 composed of three-dimensional elements is generated in the design space 59 set for the bracket 53.

최적화 블록 모델 생성부(21)가 생성하는 최적화 블록 모델은, 후술하는 최적화 해석부(25)에 의한 최적화 해석의 대상이 되는 것으로서, 최적화 해석의 과정에 있어서 강성 향상에 대한 기여가 낮은 부위에 위치하는 입체 요소가 소거되고, 강성 향상에 대한 기여가 큰 부위에 위치하는 입체 요소가 잔존한다.The optimization block model generated by the optimization block model generation unit 21 is subject to optimization analysis by the optimization analysis unit 25 described later, and is located in a region with a low contribution to the improvement in stiffness in the process of optimization analysis. The three-dimensional elements that do so are erased, and the three-dimensional elements located in the regions with a large contribution to the improvement of rigidity remain.

또한, 최적화 블록 모델 생성부(21)가 생성하는 최적화 블록 모델은, 5면체 이상 8면체 이하로서 서로 평행한 2면을 적어도 1조 갖는 입체 요소로 모델화한 것이 바람직하다. 또한, 최적화 블록 모델 생성부(21)는, 차체(41)에 있어서의 설계 공간(59)의 주위의 면과 평행해지는 면이 최대 면적이 되도록 상기 최적화 블록 모델을 생성하는 것이 바람직하다.In addition, the optimization block model generated by the optimization block model generation unit 21 is preferably modeled as a three-dimensional element having at least one set of two mutually parallel planes of pentahedron or more and octahedron or less. In addition, it is preferable that the optimization block model generation unit 21 generates the optimization block model so that a plane parallel to the surrounding plane of the design space 59 in the vehicle body 41 has a maximum area.

또한, 최적화 블록 모델 생성부(21)는, 차체를 구성하는 평면 요소 및/또는 입체 요소와의 결합부에 절점(節点:nodes)을 배치하여, 상기 주위의 면과 평행해지는 면을 따르도록 6면체 입체 요소를 쌓아 올려 최적화 블록 모델을 생성하는 것이어도 좋다.In addition, the optimization block model generation unit 21 arranges nodes at the junctions with planar elements and/or three-dimensional elements constituting the vehicle body, so as to follow the plane parallel to the surrounding plane. An optimization block model may be generated by stacking the icosahedron solid elements.

(결합 처리부)(combination processing unit)

결합 처리부(23)는, 최적화 블록 모델 생성부(21)에 의해 생성된 최적화 블록 모델을, 차체에 결합하여, 최적화 해석 모델을 생성하는 것이다. 최적화 블록 모델과 차체의 결합은, 강체 요소를 이용하는 것, 혹은, 절점(node) 공유시키는 것의 어느 것이어도 좋다.The combination processing unit 23 combines the optimization block model generated by the optimization block model generation unit 21 with the vehicle body to generate an optimization analysis model. The combination of the optimized block model and the car body may be either using rigid elements or sharing nodes.

(최적화 해석부)(optimization analysis part)

최적화 해석부(25)는, 결합 처리부(23)가 생성한 최적화 해석 모델에, 최대 변위 하중 취득부(15)에 의해 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 가진에 의해 차체의 일부에 생기는 관성력을 고려하여 최적화 블록 모델을 최적화의 대상으로 하여 최적화 해석을 행하고, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 것이다.The optimization analysis unit 25 assigns the load obtained by the maximum displacement load acquisition unit 15 as a load condition to the optimization analysis model generated by the coupling processing unit 23, and calculates the inertial force generated in a part of the vehicle body by excitation. Taking the optimization block model into consideration, optimization analysis is performed with the optimization block model as the object of optimization, and the optimum shape of the optimization block model is obtained.

또한, 최적화 해석부(25)는, 최적화 해석에 있어서의 최적화 해석 조건으로서, 최적화 해석의 목적에 따라서 설정하는 목적 조건과, 최적화 해석을 행하는 데에 있어서 부과하는 제약 조건(limiting conditions)을 부여한다. 목적 조건은, 예를 들면, 최적화 해석 모델에 있어서의 변형 에너지 총합의 최소화, 변위의 최소화, 체적의 최소화, 질량의 최소화 등이 있다. 한편, 제약 조건은, 최적화 해석의 대상이 되는 최적화 블록 모델의 체적 제약률(volume limiting fraction), 임의의 절점의 변위량, 응력 등이 있다. 제약 조건은, 복수 설정 가능하다.In addition, the optimization analysis unit 25 assigns, as optimization analysis conditions in the optimization analysis, target conditions set according to the purpose of the optimization analysis and limiting conditions imposed in performing the optimization analysis. . Target conditions include, for example, minimization of the total strain energy, minimization of displacement, minimization of volume, and minimization of mass in the optimization analysis model. On the other hand, the constraint conditions include a volume limiting fraction of an optimization block model that is an object of optimization analysis, a displacement amount of an arbitrary node, stress, and the like. A plurality of constraint conditions can be set.

추가로, 최적화 해석부(25)는, 가진에 의해 차체의 일부에 생기는 관성력을 관성 릴리프법에 의해 고려한다. 여기에서는, 관성 릴리프법이란, 관성력의 좌표의 기준이 되는 지지점에 있어서 물체가 지지된 상태(자유 지지 상태(free support state))에서 등가속도 운동(uniformly accelerated motion) 중의 물체에 작용하는 힘으로부터 응력이나 변형을 구하는 해석 수법으로서, 운동 중인 비행기나 선박의 정해석에 사용되고 있다.In addition, the optimization analysis unit 25 considers the inertial force generated in a part of the vehicle body by the excitation by the inertial relief method. Here, the inertial relief method refers to stress from a force acting on an object during uniformly accelerated motion in a state in which the object is supported (free support state) at a support point serving as a reference for coordinates of inertial force. As an analysis method for obtaining deformation or motion, it is used for static analysis of airplanes or ships in motion.

본 실시 형태에서는, 당해 가진에 의한 스티어링 핸들(49)의 진동의 최대 변위와 동일한 변위를 주는 하중을 부여하여 최적화 해석에 있어서 관성 릴리프법을 적용함으로써, 스티어링 핸들(49)을 가진했을 때의 관성력을 고려할 수 있다.In this embodiment, the inertial force when the steering handle 49 is excited by applying a load giving a displacement equal to the maximum displacement of the vibration of the steering handle 49 by the excitation and applying the inertia relief method in the optimization analysis. can be considered.

또한, 최적화 해석부(25)에 의한 최적화 해석에는, 예를 들면, 토폴로지 최적화를 적용할 수 있다. 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법을 이용할 때에 중간적인 밀도가 많은 경우에는, 하기 수식 (1)로 나타내는 바와 같이 최적화 파라미터로서 페널티 계수(penalty coefficient)를 부여하여 이산화(discretization)하는 것이 바람직하다.Note that, for example, topology optimization can be applied to the optimization analysis by the optimization analysis unit 25 . When using the density method in topology optimization, when there are many intermediate densities, it is preferable to discretize by applying a penalty coefficient as an optimization parameter as shown in Equation (1) below.

Figure 112021038203801-pct00001
Figure 112021038203801-pct00001

이산화에 자주 이용되는 페널티 계수는 2 이상이고, 페널티 계수의 값은 적절히 설정할 수 있다.A penalty coefficient often used for discretization is 2 or more, and the value of the penalty coefficient can be set appropriately.

도 9(a)에, 본 실시 형태에 있어서 최적화 해석부(25)에 토폴로지 최적화를 적용한 브래킷(53)의 최적화 블록 모델의 최적 형상(67)의 예를 나타낸다.9(a) shows an example of an optimal shape 67 of an optimized block model of the bracket 53 to which topology optimization is applied to the optimization analysis unit 25 in the present embodiment.

최적화 블록 모델의 최적 형상(67)은, 최대 변위 하중 취득부(15)가 구한 하중을 하중 조건으로서 스티어링 핸들(49)에 부여하고, 최적화 해석 조건으로서는, 목적 조건에는 변형 에너지 총합 최소를 부여하고, 제약 조건에는 체적 제약률 20％ 이하를 부여하고, 토폴로지 최적화에 있어서 잔존한 최적화 블록 모델로, 일단측이 대시보드(45)에 접속하고, 타단측이 스티어링 빔(51)의 차체 전방측의 외주면의 반둘레 이상에 접촉하여 접속되어 있다.In the optimal shape 67 of the optimization block model, the load obtained by the maximum displacement load acquisition unit 15 is given to the steering wheel 49 as a load condition, and as an optimization analysis condition, the minimum total strain energy is given as the target condition. , a volume constraint rate of 20% or less is given as the constraint condition, and an optimization block model remaining in topology optimization has one end connected to the dashboard 45 and the other end connected to the front side of the steering beam 51 of the vehicle body. It is connected by contacting at least half of the circumference of the outer circumferential surface.

이와 같이, 최적화 블록 모델의 최적 형상(67)은, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 상기의 해석 조건(하중 조건, 목적 조건, 제약 조건)을 충족하도록 입체 요소가 잔존 및 소거됨으로써 구해진다.In this way, the optimal shape 67 of the optimization block model is obtained by remaining and eliminating three-dimensional elements so as to satisfy the above analysis conditions (load condition, objective condition, constraint condition), as shown in Fig. 9 (a). .

또한, 도 9(b)는, 최적화 블록 모델의 최적 형상(67)을 모의한 최적화 형상 부품(69)이고, 최적 형상(67)과 동일하게, 일단측이 대시보드(45)에 접속하고, 타단측이 스티어링 빔(51)의 차체 전방측의 외주면의 반둘레 이상에 접촉하여 접속되는 형상으로 설정되어 있다.9(b) is an optimized shape part 69 simulating the optimum shape 67 of the optimization block model, and, like the optimum shape 67, one end side is connected to the dashboard 45, It is set in such a shape that the other end side contacts and connects to more than half of the outer circumferential surface of the front side of the vehicle body of the steering beam 51.

또한, 최적화 해석부(25)는, 상기한 바와 같이 토폴로지 최적화를 행하는 것이어도 좋고, 다른 계산 방식에 의한 최적화 해석이어도 좋다. 또한, 최적화 해석부(25)로서는, 예를 들면 시판되고 있는 유한 요소법(finite element method)을 이용한 해석 소프트를 사용할 수도 있다.Further, the optimization analysis unit 25 may perform topology optimization as described above, or may perform optimization analysis using another calculation method. Further, as the optimization analysis unit 25, for example, analysis software using a commercially available finite element method can be used.

<차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법> <Analysis method for optimization of vehicle body vibration characteristics>

다음으로, 본 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법(이하, 간단히 「진동 특성 적정화 해석 방법」이라고 함)에 대해서, 이하에 설명한다.Next, a method for analyzing optimization of vibration characteristics of a vehicle body according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as "analysis method for optimizing vibration characteristics") will be described below.

본 실시 형태에 따른 진동 특성 적정화 해석 방법은, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하는 것으로서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 진동 해석 스텝 S1과, 최대 변위 하중 취득 스텝 S3과, 감도 해석 스텝 S5와, 설계 공간 설정 스텝 S7과, 최적화 블록 모델 생성 스텝 S9와, 결합 처리 스텝 S11과, 최적화 해석 스텝 S13을 구비한 것이다. 이하, 상기의 각 스텝에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 진동 특성 적정화 해석 방법은, 상기의 각 스텝을 컴퓨터에 의해 구성된 진동 특성 적정화 해석 장치(1)(도 1 참조)를 이용하여 실행하는 것이다.The vibration characteristic optimization analysis method according to the present embodiment optimizes the vibration characteristics of a part of the vehicle body, and as shown in FIG. 10, vibration analysis step S1, maximum displacement load acquisition step S3, sensitivity analysis step S5, A design space setting step S7, an optimization block model generation step S9, a combination processing step S11, and an optimization analysis step S13 are provided. Hereinafter, each step described above will be described. In the vibration characteristic optimization analysis method according to the present embodiment, each of the above steps is executed using the vibration characteristic optimization analysis apparatus 1 (see Fig. 1) configured by a computer.

≪진동 해석 스텝≫≪Vibration Analysis Steps≫

진동 해석 스텝 S1은, 차체의 일부에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 당해 차체의 일부의 최대 변위를 구하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 진동 해석부(13)가, 차체(41)의 일부인 스티어링 핸들(49)(도 2 참조)에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 스티어링 핸들(49)의 최대 변위를 구한다.Vibration analysis step S1 is a step for performing vibration analysis by applying predetermined excitation conditions to a part of the vehicle body, and obtaining the maximum displacement of the part of the vehicle body. In the present embodiment, the vibration analysis unit 13 of the vibration characteristic optimization analysis device 1 applies a predetermined excitation condition to the steering wheel 49 (see FIG. 2 ), which is a part of the vehicle body 41, to perform vibration analysis. and the maximum displacement of the steering handle 49 is obtained.

≪최대 변위 하중 취득 스텝≫≪Maximum displacement load acquisition step≫

최대 변위 하중 취득 스텝 S3은, 진동 해석 스텝 S1에 있어서 구한 최대 변위와 동일한 변위를 차체의 일부에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 최대 변위 하중 취득부(15)가, 진동 해석 스텝 S1에 있어서 구한 스티어링 핸들(49)의 최대 변위와 동일한 변위를 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구한다.The maximum displacement load acquisition step S3 is a step for obtaining a load required to impart a displacement equal to the maximum displacement obtained in the vibration analysis step S1 to a part of the vehicle body. In the present embodiment, it is necessary for the maximum displacement load acquisition unit 15 of the vibration characteristics optimization analysis apparatus 1 to give the same displacement as the maximum displacement of the steering wheel 49 obtained in vibration analysis step S1. find the load

≪감도 해석 스텝≫≪Sensitivity Analysis Steps≫

감도 해석 스텝 S5는, 최대 변위 하중 취득 스텝 S3에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하여 차체의 감도 해석을 행하고, 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 감도 해석부(17)가, 최대 변위 하중 취득부(15)에 의해 구해진 하중을 하중 조건으로서 부여하여 차체(41)의 감도 해석을 행하고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 감도가 높은 부품인 브래킷(53)을 최적화의 대상으로서 특정한다.Sensitivity analysis step S5 is a step for performing sensitivity analysis of the vehicle body by applying the load obtained in maximum displacement load acquisition step S3 as a load condition, and specifying a part or member to be optimized. In the present embodiment, the sensitivity analysis unit 17 of the vibration characteristics optimization analysis device 1 applies the load obtained by the maximum displacement load acquisition unit 15 as a load condition to perform sensitivity analysis of the vehicle body 41, , as shown in Fig. 6, the bracket 53, which is a highly sensitive part, is specified as an object of optimization.

≪설계 공간 설정 스텝≫≪Design Space Setting Steps≫

설계 공간 설정 스텝 S7은, 감도 해석 스텝 S5에 있어서 최적화의 대상으로서 특정된 부품 또는 부재에 대하여 설계 공간을 설정하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 설계 공간 설정부(19)가, 도 7에 나타내는 바와 같이, 감도 해석 스텝 S5에서 특정된 브래킷(53)을 최적화의 대상으로 하여 설계 공간(59)을 설정한다.The design space setting step S7 is a step of setting a design space for the parts or members specified as targets of optimization in the sensitivity analysis step S5. In this embodiment, as shown in Fig. 7, the design space setting unit 19 of the vibration characteristics optimization analysis device 1 sets the bracket 53 specified in the sensitivity analysis step S5 as the target of optimization, and the design space (59) is set.

≪최적화 블록 모델 생성 스텝≫≪Optimization Block Model Generation Steps≫

최적화 블록 모델 생성 스텝 S9는, 설계 공간 설정 스텝 S7에 있어서 설정한 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 최적화 블록 모델 생성부(21)가, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 브래킷(53)에 대해서 설정한 설계 공간(59)에 최적화 블록 모델(61)을 생성한다.The optimization block model generation step S9 is a step of generating an optimization block model composed of three-dimensional elements in the design space set in the design space setting step S7. In this embodiment, the optimization block model generation unit 21 of the vibration characteristic optimization analysis device 1 optimizes the design space 59 set for the bracket 53, as shown in FIG. 7(b). A block model 61 is created.

≪결합 처리 스텝≫≪Combination Processing Steps≫

결합 처리 스텝 S11은, 최적화 블록 모델 생성 스텝 S9에 있어서 생성한 최적화 블록 모델을 차체에 결합하여, 최적화 해석 모델을 생성하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 결합 처리부(23)가, 최적화 블록 모델 생성 스텝 S9에 있어서 생성한 최적화 블록 모델(61)을 차체(41)에 결합하여, 최적화 해석 모델(도시 없음)을 생성한다.Combination processing step S11 is a step of generating an optimization analysis model by combining the optimization block model generated in optimization block model generation step S9 with the vehicle body. In the present embodiment, the combination processing unit 23 of the vibration characteristics optimization analysis device 1 combines the optimization block model 61 generated in the optimization block model generation step S9 with the vehicle body 41 to form an optimization analysis model. (no city).

≪최적화 해석 스텝≫≪Optimization analysis step≫

최적화 해석 스텝 S13은, 최대 변위 하중 취득 스텝 S3에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 가진에 의해 차체의 일부에 생기는 관성력을 고려하여 최적화 블록 모델에 대해서 최적화 해석을 행하여, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 스텝이다. 본 실시 형태에 있어서는, 진동 특성 적정화 해석 장치(1)의 최적화 해석부(25)가, 최대 변위 하중 취득 스텝 S3에 있어서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 가진에 의해 스티어링 핸들(49)에 생기는 관성력을 고려하여 브래킷(53)의 최적화 블록 모델(61)에 대해서 최적화 해석을 행하여, 최적화 블록 모델의 최적 형상(67)(도 9(a))을 구한다.In the optimization analysis step S13, the load obtained in the maximum displacement load acquisition step S3 is given as a load condition, an optimization analysis is performed on the optimization block model in consideration of the inertial force generated in a part of the vehicle body due to excitation, and the optimization of the optimization block model is performed. This step is to obtain the shape of In the present embodiment, the optimization analysis unit 25 of the vibration characteristics optimization analysis device 1 applies the load obtained in the maximum displacement load acquisition step S3 as a load condition, and generates a load generated on the steering wheel 49 by excitation. Optimization analysis is performed on the optimized block model 61 of the bracket 53 in consideration of the inertial force to obtain the optimal shape 67 (Fig. 9(a)) of the optimized block model.

또한, 최적화 해석 스텝 S13에 있어서는, 최적화 해석에 있어서의 최적화 해석 조건으로서, 최적화 해석의 목적에 따라서 설정하는 목적 조건과, 최적화 해석을 행하는 데에 있어서 부과하는 제약 조건을 부여한다.Further, in optimization analysis step S13, as optimization analysis conditions in optimization analysis, target conditions set according to the purpose of optimization analysis and constraint conditions imposed in performing optimization analysis are given.

또한, 최적화 해석 스텝 S13에 있어서는, 당해 가진에 의한 스티어링 핸들(49)의 진동의 최대 변위와 동일한 변위를 주는 하중을 부여하여 최적화 해석을 행함에 있어서, 관성 릴리프법을 적용함으로써, 스티어링 핸들(49)을 가진했을 때의 관성력을 고려할 수 있다.Further, in the optimization analysis step S13, when performing optimization analysis by applying a load giving the same displacement as the maximum displacement of the vibration of the steering wheel 49 due to the excitation, the inertial relief method is applied to determine the steering wheel 49 ) can be considered.

또한, 최적화 해석 스텝 S13에 있어서의 최적화 해석에는, 예를 들면, 토폴로지 최적화를 적용할 수 있다. 추가로, 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법을 적용하는 경우, 최적화 파라미터로서 부여하는 페널티 계수를 2 이상으로 설정하여 이산화를 행하도록 하는 것이 바람직하다.In the optimization analysis in the optimization analysis step S13, for example, topology optimization can be applied. In addition, when applying the density method in topology optimization, it is preferable to set a penalty coefficient given as an optimization parameter to 2 or more to perform discretization.

단, 최적화 해석 스텝 S13에 있어서의 최적화 해석에는, 다른 계산 방식에 의해 최적화의 해석 처리를 적용할 수 있어, 최적화의 해석 처리를 행하는 것으로서는, 예를 들면, 시판되고 있는 유한 요소를 이용한 해석 소프트를 사용할 수도 있다.However, in the optimization analysis in optimization analysis step S13, optimization analysis processing can be applied by a different calculation method, and analysis software using commercially available finite elements can be used as an example of performing optimization analysis processing. can also be used.

이상, 본 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치에 의하면, 진동하는 부품으로부터의 진동이 전달되는 경로에 있는 부품 또는 부재의 최적인 형상을 구함으로써, 차체의 일부의 진동 특성을 적정한 것으로 할 수 있어, 차체의 일부의 동적 강성의 향상과 경량화가 가능해진다.As described above, according to the method and apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to the present embodiment, the vibration characteristics of a part of a vehicle body are determined by obtaining the optimal shape of a component or member on a path through which vibration from a vibrating component is transmitted. It can be made appropriate, and it becomes possible to improve the dynamic rigidity and reduce the weight of a part of the vehicle body.

또한, 본 실시 형태에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치에 있어서는, 차체의 감도 해석을 행하여, 최적화의 대상으로 하는 부품으로서 브래킷을 특정하는 것이었지만, 본 발명은, 감도 해석을 행하지 않고, 적절히 선택한 부품을 최적화의 대상으로 하여 최적화 해석을 행하는 것이어도 좋다.In addition, in the method and apparatus for optimizing vibration characteristics of a vehicle body according to the present embodiment, the sensitivity analysis of the vehicle body is performed to specify the bracket as the part to be optimized, but the present invention does not perform the sensitivity analysis. , optimization analysis may be performed with appropriately selected components as targets of optimization.

또한, 본 발명은, 최적화 블록 모델 생성부(21) 또는 최적화 블록 모델 생성 스텝 S9에 의해 생성한 최적화 블록 모델의 질량이 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재의 질량과 동일해지도록, 당해 최적화 블록 모델의 비중(specific gravity)을 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 최적화 블록 모델을 해석 대상으로 하는 최적화 해석에 있어서, 진동하는 부품의 가진에 의한 관성력의 영향을 정밀도 좋게 고려할 수 있다.Further, in the present invention, the optimization block model is such that the mass of the optimization block model generated by the optimization block model generation unit 21 or the optimization block model generation step S9 is equal to the mass of the part or member to be optimized. It is desirable to set the specific gravity of Accordingly, in the optimization analysis with the optimization block model as the analysis target, the influence of the inertial force due to the excitation of the vibrating part can be considered with high accuracy.

또한, 상기의 설명은, 차체로부터의 진동을 받아 진동하는 부품으로서 스티어링 핸들과, 스티어링 핸들의 진동을 전달하는 부품으로서 브래킷을 대상으로 하는 것이었지만, 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니고, 진동 특성의 적정화를 도모하고자 하는 부품과, 당해 부품의 진동이 전달되는 경로에 있는 부품 또는 부재이면, 특별히 한정되지 않고 적용할 수 있다.In addition, the above description has targeted the steering handle as a component that vibrates by receiving vibration from the vehicle body and the bracket as a component that transmits the vibration of the steering handle, but the present invention is not limited to this, and the vibration characteristics It can be applied without particular limitation as long as it is a part to be optimized and a part or member in a path through which the vibration of the part is transmitted.

실시예Example

본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치의 효과를 검증하는 실험을 행했기 때문에, 이하, 이에 대해서 설명한다.Since an experiment was conducted to verify the effect of the method and apparatus for optimizing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention, this will be described below.

본 실시예에서는, 도 2에 나타내는 바와 같은, 차체(41)와, 차체(41)의 일부로서 가진되는 스티어링 핸들(49)과, 스티어링 핸들(49)을 지지하는 스티어링 빔(51), 브래킷(53), 접속부(55) 및 스테이부(57)를 해석 대상으로 하여, 진동 해석, 감도 해석 및 형상의 최적화 해석을 행했다.In the present embodiment, as shown in FIG. 2 , a vehicle body 41, a steering handle 49 excited as a part of the vehicle body 41, a steering beam 51 supporting the steering handle 49, and a bracket ( 53), the connecting portion 55 and the stay portion 57 were subjected to analysis, and vibration analysis, sensitivity analysis, and shape optimization analysis were performed.

우선, 스티어링 핸들(49)에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행했다. 본 실시예에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스티어링 핸들(49)의 스티어링면에 있어서의 좌우 방향의 진동(Y 가진)과 상하 방향의 진동(Z 가진)의 각각을 가진 조건으로서 부여했다.First, vibration analysis was performed by applying predetermined excitation conditions to the steering handle 49 . In the present embodiment, as shown in FIG. 2 , each of left-right vibration (Y excitation) and vertical vibration (Z excitation) in the steering surface of the steering handle 49 is provided as a condition.

진동 해석에는 주파수 응답 해석을 이용하여, Y 가진과 Z 가진의 각각에 대해서 진동의 주파수 응답을 구했다. 그리고, 구한 주파수 응답으로부터, 스티어링 핸들(49)의 Y 가진 및 Z 가진 각각에 대해서 최대 변위를 구했다. 도 11 및 도 12에, Y 가진 및 Z 가진의 각각에 대한 스티어링 핸들(49)의 최대 변위를 나타낸다.For vibration analysis, frequency response analysis was used to obtain the frequency response of vibration for each of Y excitation and Z excitation. Then, from the obtained frequency response, the maximum displacement of the steering handle 49 for each of Y excitation and Z excitation was obtained. 11 and 12 show the maximum displacement of the steering handle 49 for Y excitation and Z excitation, respectively.

그리고, 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같은 스티어링 핸들(49)의 최대 변위와 동일한 변위가 되는 하중을, Y 가진 및 Z 가진의 각각에 대해서 구했다(도 5 참조).Then, a load that becomes the same displacement as the maximum displacement of the steering handle 49 as shown in Figs. 11 and 12 was obtained for each of the Y excitation and the Z excitation (see Fig. 5).

다음으로, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 브래킷(53)에 대해서 설계 공간(59)을 설정하고, 또한, 도 13에 나타내는 바와 같이, 접속부(55)에 대해서 설계 공간(63)을 설정했다. 또한, 도 13(a)는, 접속부(55)의 원(元)형상, 도 13(b)는, 접속부(55)에 대해서 설정한 설계 공간(63)을 나타낸 것이다.Next, as shown in Fig. 7(a), a design space 59 is set for the bracket 53, and further, as shown in Fig. 13, a design space 63 is set for the connection part 55. did. 13(a) shows the circular shape of the connection part 55, and FIG. 13(b) shows the design space 63 set for the connection part 55. As shown in FIG.

또한, 브래킷(53) 및 접속부(55)의 원형상은, 스티어링 빔(51)의 차체(41)로의 부착에 일반적으로 이용되고 있는 형상을 본뜬 것으로서, 브래킷(53)의 원형상은, 스티어링 빔(51)을 상방으로부터 매달아 지지하는 형상이고, 접속부(55)의 원형상은, 스티어링 빔(51)의 단부를 축 주위의 2방향으로부터 사이에 두는 형상이다.In addition, the circular shape of the bracket 53 and the connecting portion 55 imitates the shape generally used for attaching the steering beam 51 to the vehicle body 41, and the circular shape of the bracket 53 is 51 is suspended and supported from above, and the circular shape of the connecting portion 55 is a shape sandwiching the ends of the steering beam 51 from two directions around the axis.

또한, 본 실시예에 있어서 브래킷(53)과 접속부(55)를 최적화 해석의 대상으로 했다.In this embodiment, the bracket 53 and the connecting portion 55 were subjected to optimization analysis.

다음으로, 설정한 설계 공간(59) 및 설계 공간(63)의 각각에 대해서 최적화 블록 모델(61)(도 7(b)) 및 최적화 블록 모델(71)(도 13(b))을 생성했다. 그리고, 생성한 최적화 블록 모델(61) 및 최적화 블록 모델(71)을 각각 차체(41)에 결합하여, 최적화 해석 모델(도시 없음)을 생성했다.Next, an optimization block model 61 (FIG. 7(b)) and an optimization block model 71 (FIG. 13(b)) were generated for each of the set design space 59 and design space 63. . Then, the generated optimization block model 61 and optimization block model 71 were respectively combined with the vehicle body 41 to generate an optimization analysis model (not shown).

이어서, 생성한 최적화 해석 모델에, 하중 조건과 최적화 해석 조건을 부여하여, 최적화 해석을 행했다. 하중 조건으로서는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 스티어링 핸들(49)의 Y 방향 및 Z 방향의 각각에 하중(Y 하중 및 Z 하중)을 부여했다. 최적화 해석 조건으로서는, 목적 조건으로서 변형 에너지 총합 최소를, 제약 조건으로서 체적 제약률 20％ 이하를 부여했다.Then, load conditions and optimization analysis conditions were given to the generated optimization analysis model, and optimization analysis was performed. As a load condition, loads (Y load and Z load) were applied to each of the Y and Z directions of the steering handle 49, as shown in Fig. 5(b). As the optimization analysis conditions, the minimum total strain energy was given as the target condition, and the volume constraint rate of 20% or less was given as the constraint condition.

그리고, 상기의 하중 조건과 최적화 해석 조건을 부여한 최적화 해석 모델에 대해서, 토폴로지 최적화에 의한 최적화 해석을 행하여, 최적화 블록 모델을 구했다. 도 9에, 브래킷(53)에 대해서 구한 최적화 블록 모델의 최적 형상(67)을, 도 14(a)에, 접속부(55)에 대해서 구한 최적화 블록 모델의 최적 형상(73)을 나타낸다.Then, an optimization analysis by topology optimization was performed on the optimization analysis model to which the above load conditions and optimization analysis conditions were given, and an optimization block model was obtained. FIG. 9 shows an optimal shape 67 of the optimized block model obtained for the bracket 53, and FIG. 14(a) shows an optimal shape 73 of the optimized block model obtained for the connection portion 55.

또한, 본 실시예에서는, 최적화 블록 모델의 최적 형상(67)(도 9(a)) 및 최적 형상(73)(도 14(a))의 각각에 대하여, 도 9(b)에 나타내는 최적화 형상 부품(69) 및 도 14(b)에 나타내는 최적화 형상 부품(75)을 결정하여, 당해 결정한 최적화 형상 부품(69) 및 최적화 형상 부품(75)을 적용한 차체(41)의 진동 특성을 평가했다.Further, in this embodiment, the optimized shape shown in Fig. 9(b) for each of the optimal shape 67 (Fig. 9(a)) and the optimal shape 73 (Fig. 14(a)) of the optimization block model. A component 69 and an optimized shaped component 75 shown in FIG. 14(b) were determined, and the vibration characteristics of the vehicle body 41 to which the determined optimized shaped component 69 and optimized shaped component 75 were applied were evaluated.

또한, 접속부(55)에 대한 최적화 형상 부품(75)은, 최적화 블록 모델의 최적 형상(73)을 모의한 것으로서, 최적 형상(73)과 동일하게, 스티어링 빔(51)의 단부를 축 주위의 3방향으로부터 지지하도록 당해 단부를 A 필러(43)에 접속하여 고정하도록 설정된 것이다.In addition, the optimized shape part 75 for the connection part 55 simulates the optimal shape 73 of the optimized block model, and, like the optimal shape 73, the end of the steering beam 51 around the axis. It is set so that the said end part may be connected to the A-pillar 43 and fixed so that it may be supported from 3 directions.

여기에서, 진동 특성은, 차체(41)의 스티어링 핸들(49)에 소정의 가진 조건을 부여했을 때의 주파수 응답 해석을 행하여, 당해 주파수 응답 해석에 의해 구한 주파수 응답에 있어서 가속도가 피크가 되는 주파수에 의해 평가했다.Here, the vibration characteristic is the frequency at which the acceleration peaks in the frequency response obtained by frequency response analysis when predetermined excitation conditions are applied to the steering handle 49 of the vehicle body 41, and the frequency response is determined by the frequency response analysis. evaluated by

또한, 주파수 응답 해석에 있어서의 가진 조건은, 최대 변위를 구하는 주파수 응답 해석과 동일 조건으로 하고, 스티어링 핸들(49)에 대하여 Y 방향 및 Z 방향의 각각에 부여했다.Incidentally, conditions for the frequency response analysis were the same as those for the frequency response analysis for obtaining the maximum displacement, and were applied to the steering handle 49 in the Y direction and the Z direction, respectively.

또한, 가진 조건은, 스티어링 핸들(49)의 진동 특성의 평가에 있어서 일반적으로 적용되는 조건으로 하고, 주파수 응답 해석에 있어서는, 가진점인 스티어링 핸들(49)에 부여하는 주파수와, 당해 주파수에 있어서의 하중 진폭을 설정했다.In addition, the excitation condition is a condition generally applied in the evaluation of the vibration characteristics of the steering handle 49, and in the frequency response analysis, the frequency given to the steering handle 49 as the excitation point and the frequency set the load amplitude of

본 실시예에서는, 발명예로서, 브래킷(53)의 최적화 형상 부품(69)(도 9(b))을 이용한 것을 발명예 1, 브래킷(53)의 최적화 형상 부품(69)과 차폭 좌우의 접속부(55)의 최적화 형상 부품(75)(도 14(b))을 이용한 것을 발명예 2로 했다. 또한, 원형상의 브래킷(53)과 접속부(55)를 이용한 것을 기준예로 했다.In the present embodiment, as an invention example, an invention example 1 in which the optimally shaped part 69 of the bracket 53 (FIG. 9(b)) was used, the optimally shaped part 69 of the bracket 53 and the connecting parts on the left and right of the vehicle width What used the optimized shape part 75 (FIG. 14(b)) of (55) was set as the invention example 2. In addition, what used the bracket 53 and the connection part 55 of circular shape was made into the standard example.

발명예 2에 있어서의 주파수 응답 해석의 결과를 도 15 및 도 16에 각각 나타낸다. 도 15는, 가진 조건으로서 Y 가진을 부여한 경우의 주파수 응답(횡축: 주파수, 종축: 가속도)이고, 주파수 35.1㎐에 있어서 가속도가 피크값을 나타내고 있다. 또한, 도 16은, 가진 조건으로서 Z 가진을 부여한 경우의 주파수 응답(횡축: 주파수, 종축: 가속도)이고, 주파수 30.5㎐에 있어서 가속도가 피크값을 나타내고 있다.The results of the frequency response analysis in Example 2 are shown in Figs. 15 and 16, respectively. 15 is a frequency response (horizontal axis: frequency, ordinate axis: acceleration) when Y excitation is applied as the excitation condition, and the acceleration shows a peak value at a frequency of 35.1 Hz. 16 is a frequency response (horizontal axis: frequency, ordinate axis: acceleration) when Z excitation is applied as the excitation condition, and the acceleration shows a peak value at a frequency of 30.5 Hz.

도 17에, 가진 조건으로서 Y 가진을 부여한 경우에 피크 주파수의 결과를, 도 18에, 가진 조건으로서 Z 가진을 부여한 경우의 피크 주파수의 결과를 나타낸다.Fig. 17 shows the peak frequency result when Y excitation is applied as the excitation condition, and Fig. 18 shows the peak frequency result when Z excitation is applied as the excitation condition.

도 17 및 도 18에서, Y 가진 및 Z 가진의 어느 경우에 있어서도, 기준예에 비하면, 브래킷(53)의 형상을 최적화한 발명예 1에 있어서의 피크 주파수는 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 추가로, 브래킷(53)과 함께 접속부(55)의 형상을 최적화한 발명예 2에 있어서의 피크 주파수는 기준예에 비해 더욱 증가하고, Y 가진에 있어서는 7.4㎐, Z 가진의 경우에 있어서는 4.6㎐ 증가하는 결과가 되었다. 또한, 발명예 2에 있어서는, 원형상에 비해 121g 경량화되었다.17 and 18, in both cases of Y excitation and Z excitation, it is understood that the peak frequency in Example 1 in which the shape of the bracket 53 is optimized is increased compared to the standard example. In addition, the peak frequency in Inventive Example 2 in which the shape of the connecting portion 55 is optimized together with the bracket 53 is further increased compared to the standard example, and is 7.4 Hz in the case of Y excitation and 4.6 Hz in the case of Z excitation. resulted in an increase. Further, in the invention example 2, the weight was reduced by 121 g compared to the circular shape.

도 17 및 도 18에 나타내는 발명예 1 및 발명예 2의 결과는, 사람(운전사)이 체감하는 약 30㎐ 이상의 진동수로 스티어링의 진동수를 적정화하고, 동적 강성(안정감(firm feeling))이 향상한 것을 나타내는 것이다.The results of Inventive Example 1 and Inventive Example 2 shown in FIGS. 17 and 18 show that the frequency of steering is optimized to a frequency of about 30 Hz or higher that is felt by a person (driver), and dynamic stiffness (firm feeling) is improved. that represents

다음으로, 동적 강성의 향상 효과를 얻기 위해, 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재에 이용되는 강판(steel sheet)의 판두께를 증가시킨 경우를 비교예로 하고, 발명예와 비교 검토했다.Next, in order to obtain the effect of improving the dynamic rigidity, a case in which the plate thickness of a steel sheet used for a component or member to be optimized was increased as a comparative example, and comparative studies were conducted with the invention example.

비교예에 있어서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 스티어링 핸들(49)의 진동을 전달하는 경로에 있는 스티어링 빔(51), 브래킷(53) 및 접속부(55)의 일부 또는 전부에 대해서, 각각 도 19 중에 나타나 있는 수치만큼 각 부품 또는 부재의 원형상보다도 판두께를 증가시켰다.In the comparative example, as shown in FIG. 19 , with respect to some or all of the steering beam 51, the bracket 53, and the connecting portion 55 on the path of transmitting the vibration of the steering handle 49, FIG. 19 The plate thickness was increased from the circular shape of each part or member by the numerical value shown in the inside.

그리고, 비교예에 대해서도 발명예와 동일하게 주파수 응답 해석을 행하여, 주파수 응답에 있어서 가속도가 피크가 되는 피크 주파수를 구했다. 그 결과, 비교예에 있어서는, Y 가진에 대해서는 5.5㎐, Z 가진에 대해서는 4.7㎐의 피크 주파수의 상승이 얻어지고, 발명예와 동(同)정도로 동적 강성이 향상하는 결과가 되었다. 그러나, 비교예에 있어서는, 판두께를 증가시킴에 따라 3.3㎏의 중량 증가가 되어, 동적 강성을 향상하기 위한 중량 효율이 발명예에 비해 매우 나쁜 결과가 되었다.Then, the frequency response analysis was performed for the comparative example in the same manner as the invention example, and the peak frequency at which the acceleration peaked in the frequency response was obtained. As a result, in the comparative example, an increase in peak frequency of 5.5 Hz for Y excitation and 4.7 Hz for Z excitation was obtained, resulting in an improvement in dynamic rigidity to the same extent as the invention example. However, in the comparative example, the weight increased by 3.3 kg as the plate thickness was increased, and the weight efficiency for improving the dynamic rigidity was very poor compared to the invention example.

이상으로부터, 본 발명에 따른 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치에 의해, 차체의 일부의 진동이 전달되는 경로에 있는 부품 또는 부재의 최적인 형상을 구함으로써, 상기 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하고, 당해 차체의 일부의 동적 강성을 향상하여 경량화를 달성할 수 있는 것이 나타났다.From the foregoing, by using the method and apparatus for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body according to the present invention, the optimum shape of a part or member on a path through which vibration of a portion of a vehicle body is transmitted is obtained, thereby determining the vibration characteristics of a portion of the vehicle body. It has been shown that weight reduction can be achieved by optimizing and improving the dynamic rigidity of a part of the vehicle body.

본 발명에 의하면, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하고, 당해 차체의 일부의 동적 강성의 향상과 경량화를 달성하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an analysis method and apparatus for optimizing vibration characteristics of a vehicle body, which optimize the vibration characteristics of a part of the vehicle body, and achieve improvement in dynamic rigidity and weight reduction of the part of the vehicle body.

1 : 진동 특성 적정화 해석 장치
3 : 표시 장치
5 : 입력 장치
7 : 기억 장치
9 : 작업용 데이터 메모리
11 : 연산 처리부
13 : 진동 해석부
15 : 최대 변위 하중 취득부
17 : 감도 해석부
19 : 설계 공간 설정부
21 : 최적화 블록 모델 생성부
23 : 결합 처리부
25 : 최적화 해석부
31 : 차체 모델 파일
41 : 차체
43 : A 필러
45 : 대시보드
47 : 터널부
49 : 스티어링 핸들
51 : 스티어링 빔
53 : 브래킷
55 : 접속부
57 : 스테이부
59 : 설계 공간(브래킷)
61 : 최적화 블록 모델(브래킷)
63 : 설계 공간(접속부)
65 : 설계 공간(스테이부)
67 : 최적 형상(브래킷)
69 : 최적화 형상 부품(브래킷)
71 : 최적화 블록 모델(접속부)
73 : 최적 형상(접속부)
75 : 최적화 형상 부품(접속부)1: Vibration characteristics optimization analysis device
3: display device
5: input device
7: Memory
9: data memory for work
11: calculation processing unit
13: vibration analysis unit
15: maximum displacement load acquisition unit
17: sensitivity analysis unit
19: design space setting unit
21: optimization block model generation unit
23: combination processing unit
25: optimization analysis unit
31: Body model file
41: body
43: A pillar
45: Dashboard
47: tunnel part
49: steering handle
51: steering beam
53: bracket
55: connection part
57: stay part
59: design space (bracket)
61: Optimization block model (bracket)
63: design space (connection part)
65: design space (stay part)
67: Optimal shape (bracket)
69: Optimized shape part (bracket)
71: Optimization block model (connection part)
73: Optimal shape (connection part)
75: optimized shape part (connection part)

Claims (6)

토폴로지 최적화를 적용하여, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하기 위해, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법으로서,
상기 차체의 일부에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 당해 차체의 일부의 진동의 최대 변위를 구하는 진동 해석 스텝과,
구한 상기 최대 변위와 동일한 변위를 상기 차체의 일부에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 최대 변위 하중 취득 스텝과,
상기 차체의 일부를 지지하는 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 설계 공간 설정 스텝과,
설정한 상기 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 최적화 블록 모델 생성 스텝과,
생성한 상기 최적화 블록 모델을 상기 차체에 결합하고, 최적화 해석 모델을 생성하는 결합 처리 스텝과,
상기 최대 변위 하중 취득 스텝에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 진동에 의해 상기 차체의 일부에 생기는 관성력을 고려하여 상기 최적화 블록 모델에 대해서 최적화 해석을 행하고, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 최적화 해석 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법.A method for optimizing and analyzing vibration characteristics of a vehicle body in which a computer performs each of the following steps to optimize vibration characteristics of a part of the vehicle body by applying topology optimization, comprising:
A vibration analysis step of applying a predetermined excitation condition to a part of the car body to perform vibration analysis, and obtaining a maximum displacement of the vibration of the part of the car body;
a maximum displacement load obtaining step of obtaining a load required to impart a displacement equal to the obtained maximum displacement to a part of the vehicle body;
a design space setting step for setting a design space for a part or member supporting a part of the vehicle body as an object of optimization;
An optimization block model generation step of generating an optimization block model composed of three-dimensional elements in the set design space;
a combination processing step of combining the generated optimization block model with the vehicle body and generating an optimization analysis model;
Applying the load obtained in the maximum displacement load acquisition step as a load condition, performing optimization analysis on the optimization block model in consideration of the inertial force generated in a part of the vehicle body due to vibration, and obtaining the optimal shape of the optimization block model An optimization analysis method for vibration characteristics of a vehicle body, characterized by comprising an optimization analysis step. 제1항에 있어서,
상기 최적화 블록 모델 생성 스텝은, 상기 최적화 블록 모델의 질량이 최적화의 대상으로 하는 상기 부품 또는 부재의 질량과 동일해지도록, 당해 최적화 블록 모델의 비중을 설정하는 것을 특징으로 하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법.According to claim 1,
Optimization of vibration characteristics of a vehicle body, characterized in that, in the optimization block model generating step, specific gravity of the optimization block model is set so that the mass of the optimization block model is equal to the mass of the part or member to be optimized. Interpretation method. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 최대 변위 하중 취득 스텝에서 구한 하중을 하중 조건으로서 부여하여 상기 차체의 감도 해석을 행하고, 상기 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 감도 해석 스텝을 구비하고,
상기 설계 공간 설정 스텝은, 상기 감도 해석 스텝에서 특정한 상기 부품 또는 부재에 대하여 설계 공간을 설정하는 것을 특징으로 하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 방법.According to claim 1 or 2,
a sensitivity analysis step of performing sensitivity analysis of the vehicle body by applying the load obtained in the maximum displacement load acquisition step as a load condition, and specifying a part or member to be optimized;
wherein the design space setting step sets a design space for the part or member specified in the sensitivity analysis step. 토폴로지 최적화를 적용하여, 차체의 일부의 진동 특성을 적정화하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치로서,
상기 차체의 일부에 소정의 가진 조건을 부여하여 진동 해석을 행하고, 당해 차체의 일부의 최대 변위를 구하는 진동 해석부와,
구한 상기 최대 변위와 동일한 변위를 상기 차체의 일부에 부여하는 데에 필요로 하는 하중을 구하는 최대 변위 하중 취득부와,
상기 차체의 일부를 지지하는 부품 또는 부재를 최적화의 대상으로 하여 설계 공간을 설정하는 설계 공간 설정부와,
설정한 상기 설계 공간에, 입체 요소로 이루어지는 최적화 블록 모델을 생성하는 최적화 블록 모델 생성부와,
생성한 상기 최적화 블록 모델을 상기 차체에 결합하고, 최적화 해석 모델을 생성하는 결합 처리부와,
상기 최대 변위 하중 취득부에 의해 구해진 하중을 하중 조건으로서 부여하고, 진동에 의해 상기 차체의 일부에 생기는 관성력을 고려하여 상기 최적화 블록 모델에 대해서 최적화 해석을 행하고, 당해 최적화 블록 모델의 최적인 형상을 구하는 최적화 해석부를 구비한 것을 특징으로 하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치.An apparatus for optimizing the vibration characteristics of a vehicle body that optimizes the vibration characteristics of a part of the vehicle body by applying topology optimization, comprising:
a vibration analysis unit that applies a predetermined excitation condition to a part of the vehicle body to perform vibration analysis, and obtains a maximum displacement of the part of the vehicle body;
a maximum displacement load obtaining unit for obtaining a load required to impart a displacement equal to the obtained maximum displacement to a part of the vehicle body;
a design space setting unit configured to set a design space for a part or member supporting a part of the vehicle body as an object of optimization;
An optimization block model generation unit for generating an optimization block model composed of three-dimensional elements in the set design space;
a combination processing unit that combines the generated optimization block model with the vehicle body and generates an optimization analysis model;
The load obtained by the maximum displacement load acquisition unit is given as a load condition, optimization analysis is performed on the optimization block model in consideration of the inertial force generated in a part of the vehicle body due to vibration, and the optimum shape of the optimization block model is determined. An optimization analysis device for vibration characteristics of a vehicle body, characterized by comprising an optimization analysis unit for obtaining. 제4항에 있어서,
상기 최적화 블록 모델 생성부는, 상기 최적화 블록 모델의 질량이 최적화의 대상으로 하는 상기 부품 또는 부재의 질량과 동일해지도록, 당해 최적화 블록 모델의 비중을 설정하는 것을 특징으로 하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치.According to claim 4,
wherein the optimization block model generation unit sets a specific gravity of the optimization block model so that the mass of the optimization block model is equal to the mass of the part or member to be optimized. Device. 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 최대 변위 하중 취득부에 의해 구해진 하중을 하중 조건으로서 부여하여 상기 차체의 감도 해석을 행하고, 상기 최적화의 대상으로 하는 부품 또는 부재를 특정하는 감도 해석부를 구비하고,
상기 설계 공간 설정부는, 상기 감도 해석부에 의해 특정된 상기 부품 또는 부재에 대하여 설계 공간을 설정하는 것을 특징으로 하는 차체의 진동 특성의 적정화 해석 장치.According to claim 4 or 5,
a sensitivity analysis unit for performing sensitivity analysis of the vehicle body by applying the load obtained by the maximum displacement load acquisition unit as a load condition, and specifying a part or member to be optimized;
The design space setting unit sets a design space for the component or member specified by the sensitivity analysis unit.
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